CN109863670B - 用于压缩机元件的致动器和配备该致动器的喷水式压缩机装置 - Google Patents

用于压缩机元件的致动器和配备该致动器的喷水式压缩机装置 Download PDF

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Abstract

用于压缩机元件(3)的致动器，所述致动器(2)包括具有马达壳体(13)的电马达(12)，所述马达壳体(13)限定马达腔室(14)，马达转子(15)借助于一个或多个马达轴承(16)相对于马达定子(19)可旋转地定位在马达腔室(14)中，马达定子(19)由绕组(21)附接在其周围的叠片(20)构建，马达转子(15)由具有叠片(18)的轴(17)构建，致动器(2)还配备有用于冷却剂的冷却回路(24)，其特征在于，所述冷却剂是水，马达轴承(16)用水润滑，所述马达转子(15)上的轴(17)由不锈钢制成，前述绕组(21)嵌入环氧树脂(22)中，并且复合套筒(23)应用在马达转子(15)上和马达定子(19)上的叠片(18、20)中的每一个叠片周围。

Description

用于压缩机元件的致动器和配备该致动器的喷水式压缩机 装置
技术领域
本发明涉及用于压缩机元件的致动器。
背景技术
喷水式压缩机元件利用致动器将电能转换成无油压缩气体，所述气体例如但不一定是空气，所述无油压缩气体例如可以用于制药工业中或食品工业中，需要压缩空气的任何地方。
传统上使用用油润滑和冷却的致动器或马达。必要的密封部设置在致动器与压缩机元件之间，以防止压缩气体的油污染并防止任何水能够进入致动器并引起诸如腐蚀和/或短路的问题。
这些密封部涉及围绕马达转子的轴的“轴密封部”。所谓的“接触式密封部”通常用于此类应用。
第一个缺点是这种轴密封部总是引起动力损失，并且因此还降低机器的效率。
其另一个缺点是这种轴密封部具有有限的寿命，因为它们易于磨损并且必须定期更换。例如，如果不仔细更换这种“接触密封部”，则存在相当大的泄漏可能性。
此外，当密封部失效时，油终止于压缩气体中，这对于某些应用来说是不可接受的。
另外，水可能进入致动器，这可能导致腐蚀和/或短路。这两种后果都可能导致致动器失效或发生故障。
发明内容
本发明的目的是通过提供用水润滑并冷却的致动器来提供对上述和/或其他缺点中的至少一个缺点的解决方案。
本发明以用于压缩机元件的致动器为特征，其中所述致动器包括具有马达壳体的马达，所述马达壳体限定马达腔室，马达转子使用一个或多个轴承相对于马达定子可旋转地放置在所述马达腔室中，其中，所述马达定子由叠片构建，绕组附接在所述叠片周围，并且其中，所述马达转子由具有叠片的轴构建，其中，所述致动器还配备有用于冷却剂的冷却回路，其特征在于，所述冷却剂是水，所述马达轴承是用水润滑，所述马达转子上的轴由不锈钢制成，前述绕组嵌入环氧树脂中，并且复合套筒已经装配在所述马达转子和所述马达定子的叠片中的每一个叠片周围。
一个优点在于，由于致动器中的设置，整个致动器可以用水冷却并润滑，而没有任何短路和腐蚀的风险。
实际上，环氧树脂将保护马达定子上的绕组，所述绕组通常由铜制成，而复合套筒将保护马达转子和马达定子上的叠片。
通过提供水润滑轴承，不需要在致动器中使用润滑油，换句话说，这是100％无油的。
通过使用该致动器来驱动喷水式压缩机元件，可以产生100％无油的压缩气体并且压缩气体具有所谓的“零级无油”ISO认证。
此外，致动器不需要相对于压缩机元件密封，因为没有来自压缩机元件中的喷入回路的水损害致动器的风险。
因此完全避免致动器与压缩机元件之间的密封部失效的负面影响。由于不再需要此类密封部，所以简化了机器的组装。
另一个优点涉及环氧树脂比空气能够更好地除去热量的事实。在传统致动器中，绕组的头部暴露于空气，但是在根据本发明的致动器中，这些头部嵌入或围绕环氧树脂。热量通过这种环氧树脂比通过空气更好地传导，从而使冷却效率更高。
在实际的实施例中，马达壳体装配有形成马达腔室的套筒和密封所述套筒的法兰，其中，法兰配备有空间，带电电线进入所述空间中，其中，密封部设置在前述法兰与包封在环氧树脂中的定子之间。
一个优点在于保护为致动器提供电流的带电电线免受水的影响。
当前述密封部被夹在致动器的两个静止零件之间时，其几乎完全避免磨损，并且使用这种密封部将不会导致机器中的任何动力损失。
本发明还涉及具有喷水式压缩机元件的喷水式压缩机装置，所述压缩机元件包括压缩机壳体，所述压缩机壳体限定压缩机腔室，一个或多个压缩机转子附接在压缩机腔室中，其中，所述压缩机元件以喷水回路为特征，其中，其装配有根据本发明的致动器，其中，所述马达转子上的轴与所述压缩机转子上的转子轴联接，并且其中，所述压缩机壳体连接到所述马达壳体，其中，所述马达腔室和所述压缩机腔室没有相对于彼此密封。
优点类似于根据本发明的致动器的优点。
另一个优点在于喷水回路可以与致动器中的冷却回路联接或组合，以使得所述装置具有一个单个的集成水回路。
在优选实施例中，压缩机元件是立式压缩机元件，其中，压缩机转子上的转子轴和马达转子上的轴在压缩机装置的正常操作期间在与水平表面斜交或垂直于水平表面的轴向方向上延伸。
一个优点在于，这种设置允许简单的操作，其中，水可以简单地由于重力流过马达转子和马达定子以及压缩机转子而不需要其他装置或能量。
此外，由于致动器放置在元件的顶部而不是元件旁边，所以这种设置占用较少的空间。
附图说明
为了更好地显示本发明的特性，下面参考附图，通过示例而没有任何限制性的方式来描述根据本发明的用于压缩机元件的致动器和配备有该致动器的喷水式压缩机装置的优选实施例，其中：
图1示意性地示出具有根据本发明的致动器的喷水式压缩机装置的透视图；
图2示意性地示出沿图1中的线II-II的横截面；
图3更详细地示出图2中的致动器；
图4示出图3的替代实施例；
图5示出图2的替代实施例。
具体实施方式
图1和图2示意性地示出根据本发明的喷水式压缩机装置1，其主要包括根据本发明的致动器2和喷水式压缩机元件3。
压缩机元件3包括压缩机壳体4，所述压缩机壳体4限定压缩机腔室5，在这种情况下，但对于本发明不是必须地，两个压缩机转子6可旋转地安装在所述压缩机腔室5中。
在这种情况下，但不是必须的，压缩机转子借助于水润滑轴承7安装。
压缩机壳体4包括用于待压缩气体的入口8和用于压缩气体的出口9。
压缩机元件3配备有用于在压缩机腔室5中喷入水的喷水回路10，以便提供压缩机转子6的冷却和润滑。
其还包括一个或多个排水管11，所述排水管11排水并通向前述水润滑轴承7，以便冷却和/或润滑。
除了喷水式压缩机元件3之外，压缩机装置1还包括根据本发明的致动器2。该致动器2在图3中详细示出。
该致动器2包括电马达12，所述电马达12具有限定马达腔室14的马达壳体13。
在马达腔室14中，马达转子15使用马达轴承16可旋转地定位，所述马达轴承16根据本发明用水润滑。在这种情况下，但不是必须的，马达轴承16是“碳滑动轴承”。
马达转子15由轴17构建，所述轴17由不锈钢制成并且由叠片18包围。
在马达腔室14中还存在围绕马达转子15延伸的马达定子19。
马达定子19包括叠片20，绕组21附接在所述叠片20周围，其中所述绕组嵌入环氧树脂21中。
如图3所示，复合套筒23应用在马达转子15上的叠片18周围和马达定子19上的叠片20周围。这些套筒23例如由碳纤维复合材料构建。
致动器2还配备有用于冷却剂的冷却回路24，以便冷却致动器2。根据本发明，冷却剂是水。
该冷却回路24包括壳体13中的多个冷却通道25，其将冷却水运送到致动器2的待被润滑和/或冷却的部分，并且还包括冷却壳体26，所述冷却壳体26在这种情况下集成在马达壳体13中并且水也可以在所述冷却壳体26中循环以便冷却马达壳体13。
不排除冷却壳体26附接在马达壳体13周围，即未集成在其中。
另外，冷却回路24配备有一个或多个支管27，所述支管27使来自冷却回路24的水分支并将水引导到水润滑马达轴承16以对其进行润滑和/或冷却。
因此，没有设置用于用油润滑马达轴承16的油回路。显然，喷水式压缩机元件3也没有任何喷油回路。
马达壳体13设置有形成马达腔室的套筒28以及密封该套筒28的法兰29，并且在这种情况下前述冷却壳体集成在所述套筒28中。
在法兰29中设置有空间30，来自致动器2的带电电线进入所述空间30中，以便为马达12供电。在该法兰29与嵌入在环氧树脂中的定子19之间设置有密封部31，所述密封部31阻止水渗入包含带电电线的空间30。
上述致动器2将驱动喷水式压缩机元件3，其中，马达转子15中的轴17与压缩机转子6中的转子轴32联接，并且其中，压缩机壳体4连接到马达壳体13，从而马达腔室14和压缩机腔室5没有相对于彼此密封。
其结果是，喷入压缩机元件3中的水可以进入致动器2，并且在根据本发明的致动器2中不会造成伤害，因为已经采取必要的预防措施。
马达转子15中的轴17直接联接到压缩机转子6中的一个压缩机转子上的转子轴32，并且在轴向方向X-X'上与相关的转子轴32共线地延伸。
马达转子15中的轴17还可以形成压缩机转子6中的一个压缩机转子的转子轴32，换句话说：马达转子15中的轴17和转子轴32是一个轴。
如图1所示，压缩机元件3是立式压缩机元件3，其中，压缩机转子6中的转子轴32和马达转子15中的轴17在压缩机装置1的正常操作期间在垂直于水平表面的轴向方向X-X'上延伸。
在压缩机装置1的正常运行期间，压缩机转子6中的转子轴32和马达转子15中的轴17还可以在与水平表面斜交的轴向方向X-X'上延伸。
在这种情况下，压缩机元件3形成压缩机装置1的底部或最低部分，而致动器2形成压缩机装置1的头部或最上部。
除了前述壳体4、13和轴17、32之间的联接之外，压缩机元件3上的喷水回路10还连接到致动器2上的冷却回路24，以形成用于压缩机装置1的集成水回路10、24。
考虑到致动器2相对于压缩机装置3没有被密封的事实，可以使用一个集成水回路10、24来冷却并润滑两者，其中，冷却水可以从致动器2流动到压缩机元件3并且原则上还从压缩机元件3流动到致动器2。
压缩机装置1的操作非常简单并且如下。
在操作期间，致动器2将驱动压缩机元件3，其中，马达转子18上的轴17将马达转子18的旋转传递到压缩机转子6上的转子轴32，其中，两个转子6都将旋转。
通过旋转，压缩机转子6将以已知的方式压缩通过入口8吸入的气体，例如空气。压缩气体将通过出口9离开压缩机元件3。
不言而喻，根据本发明，各种类型的气体或气体混合物可以压缩，并且本发明不限于空气的压缩。
在其操作期间，致动器2将产生需要移除的热量，而马达轴承16和压缩机元件3必须被润滑并冷却。
集成水回路10、24将确保水喷入马达壳体13和压缩机壳体4中。
水回路10、24一方面包括致动器2中的冷却回路24，并且另一方面包括压缩机元件3中的喷入回路10，并且由多个通道25、11、27制成，所述多个通道25、11、27附接在压缩机壳体4中和马达壳体12和冷却壳体26中。
这些通道25、11、27将水运输到待冷却和润滑的部分(诸如压缩机壳体4、转子6、马达轴承16和压缩机转子6中的轴承7)和冷却壳体26。
许多这些通道25、11、27涉及支管27和排水管11，所述支管27和排水管11将使水分支或排出水并将其分别带到马达轴承16和压缩机转子6中的轴承7。
水回路10、24中的水可以使用泵或由压缩机元件3产生的压力四处送出。
喷入致动器2中或压缩机元件3的顶部的水将由于压力容器中累积的压力而部分地朝向压缩机元件3的底部流动。
考虑到在致动器2中没有设置特殊密封部，当水流动通过致动器2时，在马达中将发生小的泄漏流，这将不会造成伤害，因为致动器2中的各种电磁元件和电气元件受到保护。
考虑到在马达壳体13与压缩机壳体4之间没有设置密封部或垫圈，从压缩机元件3到致动器2的泄漏流也是可能的，并且这些泄漏流类似地不会造成伤害。
除了冷却水回路之外，马达定子19上的绕组21嵌入在其中的环氧树脂22还用于更好地传导热量。
众所周知，大多数热量在马达的马达定子19上的绕组21中产生。环氧树脂22将比围绕已知马达中的绕组21的空气更好地传导热量。由于这种改善的热传导，也可以更好地去除热量，从而更好地冷却致动器2。
致动器2上的冷却回路24还可以配备有水过滤器33，所述水过滤器33联接到马达壳体13、附接到马达壳体13或集成在马达壳体13内。
这种致动器2在图4中示出，其中水过滤器33附接到马达壳体13。
该水过滤器33将过滤冷却回路24和喷入回路10中的水，使得存在的任何杂质都被从水中除去。
过滤水随后首先优选送到马达轴承16和压缩机转子6。
显然，水过滤器32可以以不同方式实施。
图5示出图2的替代实施例，其中水回路10、24配备有安装在压缩机元件3的下游的压力容器34。
在压力容器34中分离的水经由返回管35返回到压缩机装置1。
以这种方式，形成封闭的水回路10、24，其中，可以重复使用喷入的水。
在这种情况下，返回管35通向冷却回路24，然而，返回管也可以通向喷入回路10或者通向冷却回路24和喷入回路10两者。
考虑到用于冷却回路24和/或喷入回路10的水还可以从其他地方(即外部源)供应，这种压力容器34的存在是优选的，尽管对于本发明不是必需的。
在该实施例中还可以应用水过滤器33。
本发明决不限于作为示例描述并在附图中示出的实施例，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下以各种形式和尺寸实现用于压缩机元件的根据本发明的致动器和配备有该致动器的喷水式压缩机装置。

Claims (13)

1.一种用于压缩机元件(3)的致动器，其中所述致动器(2)包括具有马达壳体(13)的电马达(12)，所述马达壳体(13)限定马达腔室(14)，马达转子(15)借助于一个或多个马达轴承(16)相对于马达定子(19)可旋转地定位在所述马达腔室(14)中，其中，所述马达定子(19)由叠片(20)构建，绕组(21)应用在所述叠片周围，并且其中，所述马达转子(15)由具有叠片(18)的轴(17)构建，其中，所述致动器(2)还配备有用于冷却剂的冷却回路(24)，其特征在于，所述冷却剂是水，所述马达轴承(16)用水润滑，所述马达转子(15)上的所述轴(17)由不锈钢制成，前述绕组(21)嵌入环氧树脂(22)中，复合套筒(23)应用在所述马达转子(15)上的叠片(18)和所述马达定子(19)上的叠片(20)中的每一个叠片周围，并且所述马达壳体(13)设置有形成所述马达腔室(14)的套筒(28)和密封所述套筒(28)的法兰(29)，其中，所述法兰(29)设置有空间(30)，带电电线进入所述空间(30)中，其中，阻止水渗入所述空间(30)的密封部(31)设置在前述法兰(29)与嵌入环氧树脂(22)中的所述绕组(21)之间。
2.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述一个或多个马达轴承(16)由一个或多个碳滑动轴承形成。
3.根据权利要求1或2所述的致动器，其特征在于，所述致动器(2)配备有冷却壳体(26)，所述冷却壳体(26)应用在所述马达壳体(13)周围或集成在所述马达壳体(13)中，其中，所述冷却壳体(26)是所述冷却回路(24)的一部分或连接到所述冷却回路(24)。
4.根据权利要求1或2所述的致动器，其特征在于，所述冷却回路(24)配备有一个或多个支管(27)，所述支管(27)使水从所述冷却回路(24)朝向所述一个或多个马达轴承(16)分支，以用于润滑和/或冷却。
5.根据权利要求1或2所述的致动器，其特征在于，前述套筒(23)由碳纤维复合材料构建。
6.根据前述权利要求1或2所述的致动器，其特征在于，所述冷却回路(24)包括水过滤器(33)，所述水过滤器(33)联接到所述马达壳体(13)、附接到所述马达壳体(13)或集成在所述马达壳体(13)内。
7.一种具有压缩机元件(3)的喷水式压缩机装置，所述压缩机元件(3)包括压缩机壳体(4)，所述压缩机壳体(4)限定压缩机腔室(5)，一个或多个压缩机转子(6)附接在所述压缩机腔室中，其中，所述压缩机元件(3)配备有喷水回路(10)，其特征在于，所述喷水式压缩机装置(1)配备有根据前述权利要求中任一项所述的致动器(2)，其中，所述马达转子(15)上的轴(17)与所述压缩机转子(6)上的转子轴(32)联接，并且其中，所述压缩机壳体(4)连接到所述马达壳体(13)，其中，所述马达腔室(14)和所述压缩机腔室(5)没有相对于彼此密封。
8.根据权利要求7所述的喷水式压缩机装置，其特征在于，所述压缩机元件(3)是立式压缩机元件(3)，其中，所述压缩机转子(6)上的转子轴(32)和所述马达转子(15)上的轴(17)在所述压缩机装置(1)的正常操作期间在轴向方向(X-X')上延伸，所述轴向方向与水平表面斜交或垂直于水平表面。
9.根据权利要求8所述的喷水式压缩机装置，其特征在于，所述压缩机元件(3)形成所述压缩机装置(1)的底部或最低部分，并且所述致动器(2)形成所述压缩机装置(1)的头部或最上部。
10.根据前述权利要求7至9中任一项所述的喷水式压缩机装置，其特征在于，所述马达转子(15)上的轴(17)直接联接到所述压缩机转子(6)中的一个压缩机转子上的转子轴(32)并在轴向方向(X-X')上与相关的转子轴(32)共线延伸，或者所述马达转子(15)上的轴(17)还形成所述压缩机转子(6)中的一个压缩机转子上的转子轴(32)。
11.根据前述权利要求7至9中任一项所述的喷水式压缩机装置，其特征在于，所述压缩机元件(3)中的喷水回路(10)连接到所述致动器(2)中的冷却回路(24)以形成用于所述压缩机装置(1)的集成式水回路(10、24)。
12.根据前述权利要求7至9中任一项所述的喷水式压缩机装置，其特征在于，所述压缩机腔室(5)中的压缩机转子(6)借助于水润滑轴承(7)定位。
13.根据权利要求12所述的喷水式压缩机装置，其特征在于，所述喷水回路(10)包括一个或多个排水管(11)，所述排水管(11)排水并通向所述水润滑轴承(7)，以便冷却和/或润滑。
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